Модернизация компьютерного тренажера разделительного производства

ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ ПО ООП 2
РЕФЕРАТ 5
ОПРЕДЕЛЕНИЯ 6
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 7
Введение 10
1 Назначение, базовые характеристики и специфика компьютерных тренажеров. 12
1.1 Краткая характеристика целей компьютерного тренинга операторов. 12
1.2. Феноменология КТ: что такое компьютерные тренажеры для обучения операторов технологических процессов 13
1.3. Морфология КТ: из чего состоит тренажер? 13
2 Разработка компьютерного тренажера разделительного производства 15
2.1 КТ «ЗРИ СХК». 15
2.2. Архитектура компьютерного тренажера разделительного производства. 18
2.3. Компоновка основного и вспомогательного технологического оборудования……………………………………………………………………….20
2.4. Классификация оборудования 22
Таблица 2.1. Необходимое оборудование для тренажера 22
2.5. Параметры оборудования 24
В «БД Оборудования» описаны следующие параметры оборудования: 24
2.6. Интерфейс взаимодействия «БД Оборудования» с прикладными компонентами. 25
2.7. Сетевое взаимодействие модулей 26
2.8. Прикладные компоненты 27
2.9 Распределение компонент по исполняемым модулям 30
3 Программный интерфейс оператора 31
3.1. Интерфейс модуля «Станция управления» 31
3.3. Описание модуля «Монитор сигналов» 43
4 Разработка сценариев со штатными ситуациями для компьютерного тренажера 51
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 56
5.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 56
5.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 56
5.1.2 Технология QuaD 57
5.1.3 SWOT-анализ 59
5.2 Планирование научно-исследовательской работы 60
5.2.1 Структура работ в рамках научного исследования 60
5.2.2 Разработка графика проведения научного исследования 60
5.2.3 Определение трудоемкости выполнения НИР 62
5.2.4 Основная заработная плата исполнителей темы 63
5.2.5 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 65
5.2.6 Контрагентные расходы 65
5.2.7 Накладные расходы 66
5.2.8 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта 67
6 Социальная ответственность 69
6.1 Ответственность за нарушение законодательства по охране труда 70
6.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов 71
6.3. Обоснование и разработка мероприятий по снижению уровней опасного и вредного воздействия и устранению их влияние при работе на ПЭВМ. 72
6.3.1. Требования к ПЭВМ и организационные работы 72
6.4 Электробезопасность 77
6.5 Пожарная и взрывная безопасность 78
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 83
Приложение А 87
Приложение В…………………………………………………………………….91

Весь текст будет доступен после покупки

Современное высокотехнологичное производство характеризуется высокой степенью автоматизации производственных процессов. При этом большое значение имеет качество подготовки оперативного персонала. Применение КТ для обучения персонала – это сложившаяся общемировая практика подготовки высококвалифицированных кадров в различных отраслях производств.
Компьютерный тренинг предполагает:
- наличие высокоточных математических моделей широкого круга процессов, которые обладают ярко выраженной управленческой и технологической спецификой;
- воспроизведение работы системы управления ТП, включая базовое регулирование, систему блокировок и защит, расширенное регулирование и алгоритмы усовершенствованного управления;
- создание рабочего места инструктора, который осуществляет контроль и управление тренингом;
- наличие дидактической и методической базы компьютерного обучения, которая учитывает специфику процессов принятия решений, научения и переноса навыков операторами ТП [1].

Весь текст будет доступен после покупки

1 Назначение, базовые характеристики и специфика компьютерных тренажеров.
1.1 Краткая характеристика целей компьютерного тренинга операторов.
Бурный рост перерабатывающих секторов экономики обострил проблему подготовки операторов, поскольку собственники вновь строящихся и реконструируемых производственных мощностей не могут не задаваться вопросом, кто будет управлять их дорогостоящими технологическими установками, как в контексте ограниченных возможностей человека – оператора, так и с позиции промышленной безопасности и охраны окружающей среды. Очень важен также экономический аспект, который связан с эффективностью управления ТП.
КТ, как средство преодоления описанной негативной тенденции, должны обеспечивать углубленный тренинг операторов сложных ТП в управлении установками, давая практический опыт оперирования в разнообразных ситуациях, включая:
-нормальные технологические условия при различных произво-дительностях установок и свойствах сырья;
-нарушения технологических режимов и сбои в работе оборудования;
-плановые и аварийные ситуации;
-переходы на новые технологические режимы.
Необходимо также обеспечить на основе КТ возможность оценки навыков и профессиональных умений операторов с целью их последующей сертификации и тарификации [1].
Современные исследования показали, что некачественное управление ТП вызвано, прежде всего, ненадлежащим выполнением процедур управления (их неполнотой, излишней сложностью или неточностью), а также ошибочной уверенностью операторов в превосходстве собственных приемов управления перед предписываемыми.

1.2. Феноменология КТ: что такое компьютерные тренажеры для обучения операторов технологических процессов
В литературе по КТ можно встретить употребление терминов «тренажеры», «компьютерное обучение», «компьютерный тренинг» в достаточно широком контексте в зависимости от специализации производителей того или иного элемента тренажерных систем.
Разработчики тренажерных платформ оперируют понятием компьютерных тренажерных комплексов, понимая под ними программно-аппаратные средства, обеспечивающие моделирование в реальном времени непрерывного хода ТП, причем совсем необязательно в целях обучения.
Согласно принятому пониманию, оператор осуществляет трудовую деятельность путем взаимодействия с предметом труда, машиной или внешней средой посредством информационной модели и органов управления.
Условие многократности повторения действий нельзя признать абсолютно необходимым, такое эргономическое определение вполне точно описывает цели тренажерных систем, если отвлечься от способов их достижения и вспомогательных инжиниринговых задач. Здесь имеет смысл рассмотреть тренажер как инструментальное средство, реализующую модель эргатической системы [1].

1.3. Морфология КТ: из чего состоит тренажер?
В литературе можно встретить достаточно много определений и структур тренажера. Саму структуру тренажера можно разбить на 3 стадии:
1) На первой стадии осуществляется связь между субъектом тренинга и тренажерной моделью – информационная модель, или, как принято называть ее в литературе по информационным технологиям, интерфейс обучаемого.
2) Посредством этого элемента обучаемы наблюдает состояния тренажерной модели и осуществляет воздействие на нее, причем тип интерфейса может варьировать от простейших приборных панелей до продвинутых компьютерных виртуальных сред.
3) На 3 стадии рассматривается образующий элемент структуры тренажера – модель обучения. Даже самые примитивные тренажерные системы обычно содержат набор тренировочных упражнений инструкций и механизмы организации тренировок.
Три названных базовых элемента морфологической структуры являются неотъемлемой частью всякой тренажерной системы [1].






















2 Разработка компьютерного тренажера разделительного производства
2.1 КТ«ЗРИ СХК».
На основе математической модели нестационарных гидравлических процессов, которые протекают в каскаде газовых центрифуг, было разработано программное обеспечение КТ, который осуществляет тренинг операторов по управлению заводом по разделению.
Тренажер представляет собой комплекс ПО, который предназначен для приобретения оператором (как в режиме самостоятельного обучения, так и в режиме экзамена) навыков управления основным технологическим оборудованием (каскадом ГЦ), оборудованием потоков МКК и вспомогательным оборудованием в штатных и аварийных режимах.
КТ был разработан в 2010 г. и внедрен в эксплуатацию на заводе разделения изотопов ЗРИ АО «СХК» г. Северск, где были внесены существенные изменения в архитектуру, математическую модель, реализовано большее количество сценариев аварийных ситуаций и вспомогательных систем. Тренажер максимально приближен к АКСУ-2, который внедрен на разделительных предприятиях отрасли.
При анализе предметной области проекта по разработке КТ были выделены основные логические задачи по управлению данными, отображению результатов и технологических схем тренажера:
1. Хранение, манипуляция, а также представление на экране технологической (содержание легких примесей, давление, температура) и системной (изображение объекта, координаты объекта на экране и т.д.) информации.
2. Гибкое и эффективное управление объектами технологических схем (компрессорами, клапанами, регуляторами и т.д.), создание объектов, инициализация и хранение.
3. Обеспечение легко изменяемого и интуитивно понятного механизма поведения объектов, не требующего для корректировки алгоритмов специальных средств разработки.
4. Сопряжение системы логических объектов тренажера с математической моделью технологического процесса.
Реализация такого большого числа разнородных по структуре объектов и необходимость стандартизованного однотипного и гибкого управления, как единичными объектами, так и группами объектов, сформированными по какому-либо признаку (принадлежность к определенному блоку, потоку или типу ГЦ) однозначно определили использование технологии объектно-ориентированного программирования при создании тренажера.
Программное обеспечение КТ состоит из модулей, которые выполнены в виде отдельных приложений, которые могут инсталлироваться и запускаться как на одной (локальный режим), так и на нескольких ПЭВМ (сетевой режим):
1) Сервер – «FactoryServer.exe». Этот модуль содержит базу данных, которая предназначена для хранения массива текущих значений переменных модели, посредством которой происходит осуществление взаимодействия с другими программными пакетами, которые входят в состав тренажера и математическую модель нестационарных гидравлических процессов.
2) Станция управления – «FactoryVisor.exe». Данный модуль реализует отображение активных мнемосхем основного, оборудования потоков МКК и вспомогательного оборудования, панелей управления и предназначен для имитации технологического процесса и системы управления им в целях приобретения навыков необходимых для безаварийного ведения процесса.
3) Монитор параметров – «FactoryStat.exe» - предназначен для отображения технологических параметров работы основного и вспомогательного оборудования.
4) Монитор сигналов – «FactorySignal.exe» предназначен для отображения сигналов аварийной защиты на основном, вспомогательном оборудовании и оборудовании потоков МКК.
Взаимодействие между модулями осуществляется посредством клиент-серверной технологии. Главным управляющим центром является сервер.
КТ функционирует в режиме «реального времени». При этом основная роль отведена функциям контроллеров, которые предназначены:
1) Для анализа общей ситуации в пределах своего и подчиненных объектов.
2) Для вырабатывания сигналов (предупреждения, выхода ГЦ из синхронизма, срабатывания аварийной защиты, разрушения ГЦ и т.п.).
3) Разрешения и запрещения функционирования объектов.
Программные объекты моделируются в соответствие с реальными объектами (временные характеристики, параметры, состояния, изменения параметров, пределы функции изменения параметров, состояний и т.д.). Кроме того, объекты имеют графический интерфейс для взаимодействия с оператором. С его помощью оператор может изменять состояния объектов, контролировать их параметры и т.д. Кроме того, на объекты может оказываться воздействие со стороны сценария. Объект - сценарий, как и другие объекты, тактируется таймером, что позволяет оказывать воздействие на систему (вносить возмущения, изменять состояния объектов и т.п.) в соответствие с временными отметками. Объекты - оборудование, получая сообщения таймера, могут изменять свое состояние, соблюдая временные характеристики перехода в новое состояние. Необходимо отметить, что в процессе работы тренажера регулярно производится запись контролируемых параметров и другой информации (изменение состояния оборудования, срабатывание аварийной защиты и т.д.) в БД.




2.2. Архитектура компьютерного тренажера разделительного производства.

Архитектура компьютерного тренажера строится вокруг основного компонента – «БД Оборудования» (рис. 1). Остальные «Прикладные компоненты» системы обладают следующими принципами взаимодействия с «БД Оборудования» и другими модулями:

Рис.2.1. Функциональная модель тренажера
1. «БД Оборудования» не имеет информацию о других компонентах системы.
2. Каждая из «Прикладных компонент» работает исключительно внутри своей зоны ответственности и не имеет данных о существовании каких-либо других компонент системы кроме «БД Оборудования». Таким образом, любое взаимодействие между «Прикладными компонентами» исключено.
Подобная изоляция компонент при организации функциональной системы имеет следующие преимущества:
1) четкое определение зоны ответственности каждой компоненты системы;
2) однозначное определение функциональных требований к каждой компоненте;
3) независимая разработка компонент;
4) исключение негативного воздействия различных компонент друг на друга, что увеличивает отказоустойчивость системы в целом;
5) малое количество интерфейсов межкомпонентного взаимодействия;
6) возможность масштабируемости системы в случае внесения изменений и дополнений в КТ (например, создание новых сценариев обучения, внесения изменений в схемы основного и вспомогательного оборудования и потоков МКК и т.д.).

2.3. Компоновка основного и вспомогательного технологического оборудования.

Основное технологическое оборудование –это разделительный каскад (из ГЦ), который состоит из технологических блоков, последовательно соединенных между собой. Каждый блок имеет моторные и ручные клапана, два регуляторных узла, состоящих из регулятора давления и байпасного клапана, датчики аварийной защиты и технологического контроля.
В состав каждого блока входит восемь технологических секций, соединенных параллельно. В блоках, работающих в двухступенном режиме, секции соединены по схеме 4?4. Каждая секция имеет моторные и ручные клапана, подкачивающий компрессор, датчики технологического контроля и аварийной защиты.
Вспомогательное оборудование включает в себя: сбросную, отсосную, нулевую приборную и нулевую регуляторную системы, а также систему сжатого воздуха.
Сбросная система В-15 каждой типовой части корпуса состоит из трех магистральных трубопроводов, трех сбросных установок: четной, нечетной и резервной и узлов подключения технологических секций к сбросным магистралям.
Каждый из магистральных трубопроводов имеет ручные и моторные клапаны, которые предназначены для отсечения оборудования. Сброс рабочего газа с четных блоков производится в четную сбросную установку, с нечетных блоков – в нечетную. В резервную сбросную установку можно сбросить газ с любых блоков. Резервная установка имеет перемычки с моторными и ручными клапанами, объединяющие ее с ресиверами четной и нечетной установок, т.к. своих ресиверов она не имеет.
Каждая сбросная установка состоит из двух вакуумных насосов, ресивера объемом 35 м3, масляной ловушки и моторных клапанов.
Отсосная система В-18 каждой типовой части корпуса включает три установки: откачная установка основной магистрали, откачная установка резервной магистрали и резервная откачная установка.
Каждая из откачных установок состоит из ресивера, вакуумных насосов, азотной ловушки, ручных, моторных и быстрозапорного клапанов. Резервная установка имеет перемычки с ручными клапанами к установкам основной и резервной магистралей.
Нулевые системы включают нулевую приборную систему (В-07) и нулевую регуляторную систему (В-08). Каждая нулевая система имеет два трубопровода: основной и резервный.
Каждый из магистральных трубопроводов имеет клапаны. Каждая из откачных установок состоит из ресивера, вакуумного насоса, ручных, моторного и быстрозапорного клапанов.
Система сжатого воздуха В-11 состоит из двух магистральных трубопроводов высокой стороны основного и резервного, двух узлов редуцирования. Каждый узел редуцирования состоит из двух регуляторов давления сжатого воздуха (РДСВ). Из магистральных трубопроводов высокой стороны, через перемычки с обратными клапанами сжатый воздух, поступает в РДСВ. Из регуляторов, сжатый воздух поступает в основную и резервную магистрали низкой стороны, из которых через перемычки с обратными клапанами подается в сервомоторы регуляторов.
На магистральных трубопроводах высокой стороны, основном и резервном, установлены электроконтактные манометры. На каждом узле редуцирования, перед РДСВ установлены два электрических дистанционных манометра.
В компьютерном тренажере реализовано три потока МКК:
1) поток питания (П);
2) поток отбора (ОР);
3) поток отвала (ОЛ).
Каждый поток состоит из двух линий – основной и резервной, объединенных между собой в начале и в конце пятиклапанными перемычками с моторными и быстрозапорными клапанами.
В зависимости от типа потока на каждой из линий могут быть установлены:
1) регуляторный узел;
2) узлы п/к;
3) закруточный узел;
4) датчики технологического контроля (ТК) и аварийной защиты (АЗ);
5) запорная арматура (клапаны).
Для поддержания заданной величины потоков на линиях ''П'' устанавливаются регуляторные узлы. Регуляторные узлы могут устанавливаться также на линиях ''ОР''. Регуляторный узел состоит из регулятора типа ВРП с байпасным клапаном и следующих за ним двух параллельно расположенных расходомерных шайб: основной и обводной. Перед основной шайбой установлен ручной клапан, перед обводной – моторный.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Дозорцев В.М. Компьютерные тренажеры для обучения операторов технологических процессов: СИНТЕГ Москва – 2009.
2. Тимченко, Сергей Николаевич. Компьютерный тренажер ЗРИ АО "СХК" [Электронный ресурс] / С. Н. Тимченко, В. С. Сидоренко; науч. рук. А. А. Орлов // Изотопы: технологии, материалы и применение : материалы II Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, г.Томск, 19-23 октября 2015 г. / Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ). — Томск: Изд-во ТПУ, 2015. — [С. 21]. — Заглавие с титульного экрана. — Свободный доступ из сети Интернет. —AdobeReader.
Режим доступа: http://www.lib.tpu.ru/fulltext/c/2015/C84/009.pdf
3. Тимченко, Сергей Николаевич. Разработка компьютерного тренажера завода разделения изотопов ОАО "СХК" [Электронный ресурс] / С. Н. Тимченко, В. С. Сидоренко; науч. рук. А. А. Орлов // Изотопы: технологии, материалы и применение : материалы Международной научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, г.Томск, 20-24 октября 2014 г. / Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ). — Томск: Изд-во ТПУ, 2014. — [С. 18-20]. — Заглавие с титульного экрана. — Свободный доступ из сети Интернет.—AdobeReader.
Режим доступа: http://www.lib.tpu.ru/fulltext/c/2014/C84/004.pdf

Весь текст будет доступен после покупки